Divulgació
ENLLAÇOS
La revista Physical Review Letters recull un estudi de dos investigadors de lIFISC sobre termodinàmica quàntica
La revista Physical Review Letters publica l'article «Irreversible Work and Inner Friction in Quantum Thermodynamic Processes», sobre el treball desenvolupat per Fernando Galve i Roberta Zambrini, investigadors de l'Institut de Física Interdisciplinària i Sistemes Complexos, IFISC (CSIC-UIB), en aquesta matèria.
L'estudi de la termodinàmica als últims segles ha suposat notables avenços en la vida quotidiana de l'ésser humà, com els motors d'explosió o els frigorífics, sense els quals difícilment ens imaginaríem ara mateix el món. Aquests processos empren cicles en els quals un gas es comprimeix i s’expandeix: al motor d'un cotxe és l'aire barrejat amb gasolina que expandeix la vàlvula, en una gelera és un altre gas amb propietats específiques per a la tasca. Aquests cicles intercanvien calor amb l'entorn i finalment donen com a resultat un treball net que nosaltres fem servir per a tasques útils.
La discussió teòrica de les propietats termodinàmiques d'aquests cicles es remunta pràcticament als orígens d'aquesta disciplina, fa segle i mig, no obstant això, els avanços en física quàntica i la capacitat de reduir els processos industrials a l'escala microscòpica ha ressuscitat fa alguns anys l'interès sobre la termodinàmica en règim quàntic.
A escala microscòpica les coses comencen a funcionar de manera estadística: les propietats concretes de la matèria fluctuen amb el temps, i aquestes fluctuacions són degudes a l'agitació tèrmica, en el cas clàssic, i a una agitació irreductible i fonamental, en el cas quàntic. És per això que part dels avanços de la termodinàmica han estat tant en l'estudi de les mitjanes (quanta de calor o quant de treball trec en mitjana d'un cicle termodinàmic) com en l'estudi de les fluctuacions al voltant d'aquestes mitjanes.
El treball desenvolupat a l’IFISC (CSIC-UIB) se centra a traduir un cicle fonamental de la termodinàmica, el cicle d'Otto, al llenguatge quàntic. Aquest cicle és darrere el funcionament dels motors d'explosió, que consten d'una expansió-compressió adiabàtiques i de termalització amb l'entorn (adequació de la temperatura a la temperatura de l'exterior). Prèviament s'havien traduït al llenguatge quàntic les branques isotèrmiques i les seves fluctuacions (protagonistes del cicle de Carnot, per exemple), que havien donat lloc a teoremes fonamentals per a aquests processos i la definició de treball irreversible. A l’article de Physical Review Letters es fa una tasca equivalent per als processos adiabàtics, que dóna un teorema de fluctuació vàlid per a aquests cicles fonamentals, i defineix una nova mesura d'irreversibilitat que els autors denominen fricció interna.
La utilitat d'aquests estudis es veurà augmentada a mesura que els processos industrials comencin a treballar a escales nanoscòpiques i els efectes quàntics comencin a tenir un paper cada vegada més fonamental.
Referència bibliogràfica:
F. Plastina, A. Alecce, T.J.G. Apollaro, G. Falcone, G. Francica, F. Galve, N. Lo Gullo, and R. Zambrini, Physical Review Letters 113, 260601 (2014).
http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/physrevlett.113.260601
